即時醫(yī)療3D打印軟件的案例分析

3D打印技術(shù)已有近40年的歷史了，目前3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的多個領(lǐng)域都有實踐，從備受關(guān)注的連體雙胞胎分離手術(shù)到手術(shù)規(guī)劃、患者咨詢、學(xué)生教育等等，而其中最常見的應(yīng)用則是構(gòu)建特定患者的人體解剖學(xué)3D打印模型，通常稱為即時醫(yī)療(Point-of-Care)3D打印，這一技術(shù)已幫助過成千上萬的患者進(jìn)行了有效治療。

即時醫(yī)療3D打印是將患者的磁共振成像(MRI)或CT掃描結(jié)果轉(zhuǎn)換為3D表面重建(通常為STL或3Mf)，然后發(fā)送至3D打印機打印出來，打印這一操作可以在醫(yī)院完成，也可以由第三方機構(gòu)或醫(yī)院經(jīng)營的托管公司來完成。醫(yī)院普及即時醫(yī)療3D打印的驅(qū)動因素有很多，但基本上都離不開以下幾點：

改善治療效果，節(jié)約時間和成本

拓展解剖學(xué)知識

提升外科醫(yī)生信心

提高手術(shù)準(zhǔn)確性

如果外科醫(yī)生拿到患者的精確解剖模型，則可以根據(jù)模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃、溝通和培訓(xùn)，從而提高手術(shù)精準(zhǔn)性，縮短手術(shù)時間，為醫(yī)院節(jié)約成本?，F(xiàn)在，越來越多的醫(yī)生開始信任并希望采用3D模型。

即時醫(yī)療3D打印軟件

新思科技早在20多年前就推出了Simpleware軟件，致力于簡化將DICOM圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D打印模型的過程。近年來，新思科技收集了大量來自臨床醫(yī)生和客戶的反饋，并基于這些反饋，投入了大量精力和資源對手動工作流程的用戶界面/體驗進(jìn)行了全新升級。

新思科技已將行業(yè)領(lǐng)先的計算資源充分投入到自動化和AI技術(shù)中，并推出了Simpleware ScanIP Medical和3D打印工具包功能。通過使用Simpleware軟件，開發(fā)者們在制備3D打印DICOM數(shù)據(jù)時無需再切換不同的軟件程序，同時還可以：

在Simpleware ScanIP Medical已獲FDA許可和CE認(rèn)證的軟件環(huán)境內(nèi)工作，并使用Stratasys、Formlabs、HP和Rize 3D打印機進(jìn)行3D打印

對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行分割解剖學(xué)掃描，如骨骼、肌肉和其他組織

使用多種工具切割、鏤空、壓印文本、創(chuàng)建接頭、構(gòu)建模型平臺以及制作針腳和接頭

使用來自CT圖像數(shù)據(jù)或壁厚的灰度值，將彩圖應(yīng)用于骨密度的3D模型中

應(yīng)用彩色打樣并檢查印刷適應(yīng)性，第一時間獲得精準(zhǔn)模型

導(dǎo)出STL、3MF、OBJ等所有標(biāo)準(zhǔn)3D打印格式

下圖為用Simpleware生成的3D模型示例(左)和醫(yī)院用等效3D打印模型(右)。圖1為用Simpleware AS Ortho自動分割的半個骨盆，表面顯示骨密度。圖2為用支撐結(jié)構(gòu)組合成的下顱骨及下頜骨模型。圖3為用Simpleware AS Cardio自動分割房室和血管的心臟模型。

即時醫(yī)療3D打印現(xiàn)已從臨床條件苛刻、依賴手動方法的稀有技術(shù)演化為需要擴展工作流程的公認(rèn)技術(shù)。然而，手動和緩慢的圖像分割仍是技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。盡管如此，Simpleware在3D打印自動化各類應(yīng)用中仍有出色表現(xiàn)：

在軟件界面以Python和C#編寫腳本，通過API、宏命令和log轉(zhuǎn)換輕松創(chuàng)建腳本，為重復(fù)任務(wù)自定義工具集和工作流程

使用現(xiàn)成的AI自動分割和標(biāo)記工具Simpleware AS Ortho和Simpleware AS Cardio附加模塊。這些工具適用于心臟、肩、髖、膝、踝等部位，且會不斷增加

部署Simpleware Custom Modeler附件。這是新思科技與客戶共同開發(fā)、完全自定義的AI自動分割解決方案，旨在提供針對需求的優(yōu)化解決方案

案例分析

美國佛羅里達(dá)州心血管外科高級項目實驗室(APL)曾使用3D解剖學(xué)模型規(guī)劃手術(shù)、培訓(xùn)同事并為患者提供咨詢服務(wù)。APL已經(jīng)創(chuàng)建了包括心臟、大腦、脊椎、四肢及其他器官等500多個模型。此外，該醫(yī)院還利用Simpleware AI工具實現(xiàn)了常規(guī)工作流程的自動化。

Simpleware軟件中3D打印就緒模型的側(cè)視圖(A1)和橫向視圖(B1)，以及用Stratasys J750 Digital Anatomy打印機生成的3D打印最終解剖學(xué)模型(A2、B2)，橙色區(qū)域為病理學(xué)部分。

上圖所示是醫(yī)院為一名16歲的患者創(chuàng)建的左冠狀動脈異常起源模型。Simpleware ScanIP Medical載入患者心臟CT數(shù)據(jù)后，由自動分割模塊Simpleware AS Cardio進(jìn)行一鍵分割并標(biāo)記數(shù)據(jù)，同時用Simpleware 3D打印工具包完成其他3D打印準(zhǔn)備工作。通過這一方法，處理數(shù)據(jù)的時間大幅縮短，兩小時的生物醫(yī)學(xué)工程步驟變?yōu)?5分鐘。最后，Stratasys J750 Digital Anatomy 3D打印機生成了最終模型，并使用不同顏色表示心臟的不同區(qū)域，協(xié)助手術(shù)完成。

在這一案例中，醫(yī)院打造的患者心臟比例模型對手術(shù)的規(guī)劃和實施幫助極大，這也充分肯定了新思科技的Simpleware平臺所提供的先進(jìn)即時醫(yī)療解決方案的價值。

3D打印的未來

3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用(如3D解剖學(xué)模型)已經(jīng)越來越廣泛，且被越來越多的醫(yī)療機構(gòu)和患者所接受。這一技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯，盡管3D醫(yī)療打印技術(shù)的前期投入成本會很高，但它仍可以幫助醫(yī)院提高盈利能力，且可以幫助醫(yī)生更好的研究患者特異性。

新思科技的Simpleware AI工具為手動分割和標(biāo)記這一主要挑戰(zhàn)提供了靈活的解決方案，幫助醫(yī)院更好地采用3D打印，改善治療效果。

原文標(biāo)題：心臟也可以打印?AI驅(qū)動的3D打印技術(shù)讓醫(yī)療數(shù)字化更進(jìn)一步

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審核編輯：湯梓紅